¿Qué es el proceso de Extrusión? ¿Cómo afecta al modelo alimentario? ¿Puede la extrusión socializar la proteína de calidad?
La extrusión puede definirse como un proceso que involucra el desplazamiento de un material, bajo ciertas condiciones controladas, forzándolo a pasar por una boquilla de una geometría concreta y con un caudal masivo pre-establecido, durante este desplazamiento se produce la cocción parcial o total de los componentes de la mezcla (González, et al 2002).
La cocción por extrusión es una forma especializada, y única en el procesado de materiales amiláceos debido a que se trata de una cocción a relativamente bajos niveles de humedad, comparado con el horneado convencional o la cocción de masas y pastas. Los niveles normales de humedad utilizados están en el intervalo de 10-40% y a pesar de estos bajos valores de humedad el material se transforma en un fluido dentro del extrusor. Bajo estas condiciones las características físicas de las materias
primas, tales como el tamaño de partícula, la dureza y el grado de plastificación alcanzado durante el proceso de extrusión llegan a ser determinantes para la transformación final del material.
Otra característica de la cocción por extrusión, como ya se dijo, es que resulta ser un proceso HTST pero que además, debido a los esfuerzos de corte que se desarrollan durante el transporte del material en el extrusor, la temperatura se eleva rápidamente (conversión de energía mecánica en calor por flujo viscoso) y así la estructura del material sufre transformaciones profundas en pocos segundos. La masa de partículas (harina de cereales y/o legumbres) más o menos hidratada, es convertida en un fluido de muy alta viscosidad. A medida que ese fluido es trasportado, los elevados esfuerzos de corte en combinación con la alta temperatura, transforman a los elementos estructurales del material, es decir a los gránulos de almidón y a las estructuras proteicas.
Por ejemplo: en la elaboración de productos expandidos tipo “snack” el almidón no solo pierde la estructura cristalina sino también la mayor parte de la estructura granular desparece y los componentes del gránulo (moléculas de amilosa y amilopectina), son dispersados en la matriz; en la elaboración de proteína vegetal texturizada (PVT) las partículas proteicas (o cuerpos proteínicos) son dispersadas y las reacciones proteicas desnaturalizadas, alineándose en las corrientes de flujo, de esta manera se facilita la formación de nuevos enlaces entre cadenas (“cross links”), los cuales otorgan al producto la resistencia a la disgregación por hidratación durante la preparación del alimento del que forma parte la (PVT).
En la cocción por extrusión de materiales amiláceos, el término “grado de cocción” (GC) implica, no solo la pérdida de la estructura cristalina (mayor digestibilidad) sino también el grado de destrucción de la estructura granular del almidón.
Tipo de Extrusores
Históricamente se registran los primeros extrusores para alimentos alrededor de 1870 (extrusor a pistón para salchichas y carnes procesadas), pero los extrusores a tornillos comienzan a ser utilizados por la industria alimentaría para elaborar fideos y dar formas a masas de cereales precocidas, entre 1935-1940 (extrusores formadores), luego los extrusores-cocedores aparecen entre 1940-1950 para elaborar “snaks” y harinas precocidas. (González, et al, 2002).
Existe una amplia variedad de extrusores los cuales se caracterizan no solo por la complejidad de los diseños, sino también por el grado de sofisticación en los sistemas de control de la operación. Como extremos pueden destacarse, por un lado, los de doble tornillo y por otro los monotornillos particularmente llamados de bajo costo tal como el diseño “Brady” (Harper, 1981).
Los extrusores monotornillos funcionan como una “bomba de fricción”, es decir el material es transportado por el efecto de “arrastre”. El material” alojado” dentro del canal del tornillo es “empujado” hacia la salida por el frente de los filetes. Ese transporte se produce solamente si la fricción del material/harina o sémola sobre la superficie interna del cañón o cilindro, es suficientemente mayor que la fricción del material sobre la superficie del tornillo.
Es decir que el material debe “agarrarse” a la superficie del cilindro para que la superficie del tornillo “resbale” sobre el material y así producir el transporte. Si por alguna razón el material se adhiere a la superficie del tornillo lo suficiente como para hacer “resbalar” el material sobre la superficie del cilindro el transporte se detiene y el material alojado en el canal del tornillo gira solidariamente con el. Este mecanismo se visualiza con el ejemplo de la mano” tomando “a una tuerca que esta en un bulón que gira .Si la mano no “toca” la tuerca esta gira junto al bulón y no se desplaza, pero cuando la mano “toca” la tuerca (lo “agarra”), la tuerca se desplaza hacia delante o hacia atrás según sea el sentido de la rosca. Para asegurar que este mecanismo se verifique la superficie del cilindro de los extrusores cocedores llevan estrías (longitudinales o también helicoidales), mientras que la superficie del tornillo esta pulida.
El mecanismo de transporte de los extrusores de doble tornillo es muy diferente. Estos son verdaderas “bombas positivas”. Los filetes de ambos tornillos “solapan” o penetran cada uno dentro del canal del otro. De esta manera el “paso” de cada tornillo es interrumpido por el filete del otro formándose en cada tornillo una sucesión de “cámaras” con forma de “C” con los extremos desplazados, el caudal resultante es el producto del volumen total de cámaras “C” por la velocidad de rotación. Los extrusores de doble tornillo ofrecen ventajas, tales como un mejor control de la operación y una mayor diversidad de productos. Pero los extrusores monotornillo ofrecen todavía buenas alternativas para la cocción de cereales, debido a los menores costos operativos, de inversión y de mantenimiento.
En el extrusor monotornillo y para una operación normal de cocción se pueden encontrar tres secciones: alimentación, compresión y sección de bombeo o “metering”. Los límites de estas zonas no son fijos, sino que dependen del diseño y de las condiciones operativas. El material, que debe poseer una granulometría adecuada y uniforme, y con humedades que varían entre 10 y 35%, entra en la zona de alimentación y es transportado por acción del tornillo, en esta parte puede poseer filetes mas profundos para compensar el cambio de volumen que se produce en la zona o sección de compresión, asegurando el caudal másico que sale a través de la boquilla.
El flujo sólido se va transformando hasta convertirse en flujo viscoso, mediante el cual la energía mecánica se disipa. Si esa transformación no se produce la operación se reduce al transporte del material y al pasaje a través de la boquilla (González, et al, 2002). En la sección de bombeo o “metering” la masa sufre las transformaciones mas importantes, quedando las partículas, que anteriormente formaban la sémola totalmente destruida y sus contenidos integrados en toda la masa.
El grado de interacción y de modificación estructural dependerá de las variables de operación. Esta sección asegura un flujo uniforme a través de la boquilla. Cuando la masa la atraviesa, la presión es liberada súbitamente permitiendo que el agua, en estado líquido sobrecalentada, se evapore instantáneamente (flashing), produciendo la expansión del material y dándole la típica estructura porosa.
Perspectivas de futuro: de los análogos veganos de carne a la cocción por extrusión
El futuro de la producción alimentaria mediante extrusión promete avances significativos, especialmente en la creación de alternativas éticas y sostenibles a los productos cárnicos tradicionales. Los análogos de carne vegana serán cada vez más convincentes en sabor y textura, gracias a innovaciones en los métodos de extrusión. Este proceso continuará evolucionando en eficiencia y flexibilidad, permitiendo el uso de una mayor variedad de ingredientes para desarrollar nuevos tipos de alimentos adaptados a las demandas del mercado.
El progreso en las tecnologías de maquinaria juega un papel crucial en esta transformación. Las nuevas máquinas no solo operan más rápidamente y con menor necesidad de supervisión, sino que también aseguran una consistencia absoluta en los productos finales, mientras mantienen la capacidad de adaptarse ágilmente a cambios en la producción. Además, la integración del análisis de datos en los procesos de extrusión podría optimizar aún más la calidad y la innovación, identificando áreas de mejora de manera continua y basada en información precisa.
En última instancia, la extrusión se ha convertido en una herramienta esencial para la producción alimentaria moderna. Sin ella, sería difícil concebir una forma eficiente y escalable de satisfacer la creciente demanda global de alimentos sostenibles y accesibles.
Editorial Cultura Vegana
www.culturavegana.com
NOTAS BIBLIOGRÁFICAS
1— editorialacribia.com, «Extrusores en las aplicaciones de alimentos», Mian N. Riaz, Editorial Acribia, 2004. Introducción a los extrusores y sus principios – Extrusores de tornillo único – Extrusores secos – Expandidores-extrusores de rosca interrumpida – Extrusores de doble tornillo – Preacondicionamiento – Cambios químicos y nutritivos en el alimento durante la extrusión – Consideraciones prácticas en el procesado por extrusión – Extrusores en la industria de alimentos – Apéndice.
2— Choton, S., Gupta, N., Bandral J.D., Anjum, N., Choudary, A. (2020). Extrusion technology and its application in food processing: A review. Pharma Innovation, 9(2):162-168.
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9— jieyatwinscrew.com, «Maximice la eficiencia con extrusoras de alimentos: una guía completa para la extrusión de alimentos», karry Ma, 2 de julio de 2024. La industria alimentaria suele emplear una técnica de procesamiento de alta eficiencia llamada extrusión de alimentos para crear muchos productos, como snacks y cereales, alimentos para mascotas y sustitutos de la carne. Este artículo proporciona una descripción extensa del proceso de extrusión de alimentos, los distintos tipos de extrusoras de alimentos disponibles y algunos consejos valiosos para maximizar su eficiencia. Comprender los principios básicos y los avances tecnológicos detrás de esto permitiría a los productores mejorar la calidad y reducir el desperdicio al tiempo que aumentaría la productividad general de la producción con respecto a este método de operación.
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